WO2019087312A1

WO2019087312A1 - 回転角検出装置

Info

Publication number: WO2019087312A1
Application number: PCT/JP2017/039433
Authority: WO
Inventors: 雄広 ▲濱▼野; 佐土根　俊和; 琢也野口; 遠藤　康博
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-09
Also published as: JPWO2019087312A1; CN212340273U

Abstract

回転角検出装置（１）は、複数の非反射部及び反射部を含む光学パターン（３ａ）を有する円板（３）と、光学パターン（３ａ）に光を照射する発光素子（４）と、円板（３）で反射した光を受ける受光素子（５）と、受光素子（５）が受けた光と光学パターン（３ａ）とをもとにシャフト（２０）の回転角を検出する回転角検出部（６）と、シャフト（２０）の回転に伴って回転する磁石の一例であるプラスチックマグネット（７）と、シャフト（２０）に固定されるボス（８）と、磁界を検出する第１磁界検出部の一例である発電素子（１０）と、発電素子（１０）が検出した磁界をもとにシャフト（２０）の回転数とシャフト（２０）の回転の向きとを検出する回転数検出部（１１）とを有する。ボス（８）はシャフト（２０）に着脱可能に固定され、プラスチックマグネット（７）はボス（８）に固定され、円板（３）はプラスチックマグネット（７）に固定されている。

Description

回転角検出装置

　本発明は、シャフトの回転角を検出する回転角検出装置に関する。

　従来、電動機のシャフトの回転角を検出する回転角検出装置が提案されている。具体的には、シャフトの１回転内の絶対角度である回転角を検出する光学式の機構と、シャフトの回転数及びシャフトの回転の向きを検出する磁気式の機構とを有する回転角検出装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

　光学式の機構では、一方の面に円周方向に設けられた複数の非反射部及び反射部を含む光学パターンを有する円板がシャフトに直接取り付けられている。又は、当該円板は、シャフトに取り付けられているボスを介してシャフトに取り付けられている。発光素子が円板における光学パターンに光を照射し、受光素子が円板で反射した光を受け、回転角検出部が、受光素子が受けた光と光学パターンとをもとにシャフトの回転角を検出する。磁気式の機構では、磁石がシャフトに取り付けられており、シャフトが回転すると磁石によって形成される磁界が変化し、磁界検出部が変化する磁界を検出し、回転数検出部が、磁界検出部が検出した磁界をもとにシャフトの回転数とシャフトの回転の向きとを検出する。

特開平２－９００１７号公報特開２００５－２７４２４９号公報

　しかしながら、従来の回転角検出装置では、光学パターンを有する円板は、シャフトに直接取り付けられているか、シャフトに取り付けられているボスを介してシャフトに取り付けられているので、円板が損傷した場合、回転角検出装置のみならず、シャフト、ひいては電動機も廃棄しなければならない。また、従来の回転角検出装置では、磁石がシャフトに取り付けられているので、磁石が損傷した場合、回転角検出装置のみならず、シャフト、ひいては電動機も廃棄しなければならない。シャフトが損傷していなければ、シャフトひいては電動機を廃棄する必要はないので、円板又は磁石が損傷した場合にシャフトを廃棄する必要がない回転角検出装置が提供されることが要求されている。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、円板又は磁石が損傷した場合、シャフトを廃棄する必要がない回転角検出装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、一方の面に円周方向に設けられた複数の非反射部及び反射部を含む光学パターンを有する円板と、前記円板が有する前記光学パターンに光を照射する発光素子と、前記円板で反射した光を受ける受光素子と、前記受光素子が受けた前記光と前記円板が有する前記光学パターンとをもとにシャフトの回転角を検出する回転角検出部と、前記シャフトの回転に伴って回転する磁石と、前記シャフトに固定されるボスと、前記シャフトの回転に伴って変化する磁界を検出する第１磁界検出部と、前記第１磁界検出部が検出した前記磁界をもとに前記シャフトの回転数と前記シャフトの回転の向きとを検出する回転数検出部とを有する。前記ボスは前記シャフトに着脱可能に固定され、前記磁石は前記ボスに固定され、前記円板は前記磁石に固定されている。

　本発明にかかる回転角検出装置は、円板又は磁石が損傷した場合、シャフトを廃棄する必要がないという効果を奏する。

実施の形態１にかかる回転角検出装置の断面を模式的に示す図実施の形態２にかかる回転角検出装置の断面を模式的に示す図実施の形態３にかかる回転角検出装置の断面を模式的に示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる回転角検出装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる回転角検出装置１の断面を模式的に示す図である。以下に回転角検出装置１を構成する複数の構成要素を説明するが、図１では、回転角検出装置１を容易に理解させるために、複数の構成要素の一部の他の構成要素に対しての相対的な大きさは現実の大きさと異なっており、複数の構成要素の一部にはハッチングが付されていない。複数の構成要素の一部は、ブロックにより表現されている。

　回転角検出装置１は、電動機のシャフト２０の回転角を検出する装置であって、シャフト２０の１回転内の絶対角度である回転角を検出する光学式の機構と、シャフト２０の回転数及びシャフト２０の回転の向きを検出する磁気式の機構とを有する。図１は、回転角検出装置１がシャフト２０に固定された状況を示している。図１には、シャフト２０も示されている。シャフト２０は、中心軸Ｃを中心に回転する。中心軸Ｃは、シャフト２０の回転軸である。回転角検出装置１は、シャフト２０から離れた場所に配置される基板２を有する。基板２は、シャフト２０の延長線Ｅと直交する場所に配置される。延長線Ｅは、シャフト２０の中心軸Ｃを延長したものである。

　まず、回転角検出装置１が有する光学式の機構を説明する。回転角検出装置１は、基板２よりシャフト２０寄りの場所に配置される円板３を更に有する。円板３は、基板２と平行に配置される。実施の形態１では、円板３の形状は、厚みを有する円環である。円板３の中心軸は、シャフト２０の延長線Ｅに位置する。円板３は、円板３の二つの平面のうちの一方の面に設けられた光学パターン３ａを有する。光学パターン３ａは、円周方向に設けられた複数の非反射部及び反射部を含む。光学パターン３ａの形状は、円環である。光学パターン３ａは、基板２と対向する。つまり、円板３の上記の一方の面は、基板２と対向する。

　例えば、円板３は、金属から形成される。円板３が金属から形成される場合、光を反射しない膜が円板３に設けられ、当該膜が光学パターン３ａにおける非反射部である。反射部は、円板３を形成している金属の部分である。円板３はガラス基板であってもよく、円板３がガラス基板である場合、ガラス基板の二つの平面のうちの一方の面に光を反射しない非反射膜と光を反射する反射膜とが形成されて、光学パターン３ａが構成される。

　回転角検出装置１は、円板３が有する光学パターン３ａに光Ｌｉを照射する発光素子４と、円板３で反射した光Ｌｒを受ける受光素子５とを更に有する。発光素子４及び受光素子５は、基板２の二つの平面のうちの円板３に近い方の面に設けられている。円板３で反射した光Ｌｒは、発光素子４が光学パターン３ａに照射した光Ｌｉが円板３で反射したものである。発光素子４の一例は、発光ダイオードである。受光素子５の一例は、一次元に配列された複数の光センサの集合体である。複数の光センサの各々は、光を検出する機能を有する。例えば、受光素子５は、電荷結合素子又は相補型金属酸化膜半導体によって構成されるイメージセンサである。

　回転角検出装置１は、受光素子５が受けた光Ｌｒと円板３が有する光学パターン３ａとをもとにシャフト２０の回転角を検出する回転角検出部６を更に有する。回転角検出部６は、基板２の二つの平面のうちの円板３から遠い方の面に設けられている。図１では、回転角検出部６はブロックで表現されている。円板３、発光素子４、受光素子５及び回転角検出部６は、光学式の機構を構成する。光学式の機構がシャフト２０の１回転内の絶対角度である回転角を検出する方法については、後に説明する。円板３についても、後にあらためて説明する。

　次に、回転角検出装置１が有する磁気式の機構を説明する。回転角検出装置１は、シャフト２０の回転に伴って回転するプラスチックマグネット７を更に有する。プラスチックマグネット７は、シャフト２０の回転に伴って回転する磁石の一例である。プラスチックマグネット７は、シャフト２０が一回転すると磁極が一回転するように着磁されたものである。プラスチックマグネット７がシャフト２０の回転に伴って回転するので、プラスチックマグネット７が発生する磁界はシャフト２０の回転に伴って変化する。

　実施の形態１では、プラスチックマグネット７の形状は厚みを有する円環である。プラスチックマグネット７の中心軸を含む開口は、シャフト２０の直径より大きい。プラスチックマグネット７は、プラスチックマグネット７の中心軸がシャフト２０の中心軸Ｃ及び延長線Ｅに位置する状態で配置される。つまり、プラスチックマグネット７は、基板２と平行に配置される。

　上述の通り、円板３及びプラスチックマグネット７の各々の形状は円環であって、円板３及びプラスチックマグネット７の各々の中心軸は、シャフト２０の延長線Ｅに位置する。つまり、円板３とプラスチックマグネット７とは、平行に配置される。プラスチックマグネット７の外径は円板３の外径より大きく、プラスチックマグネット７の内径は円板３の内径より小さい。

　プラスチックマグネット７の二つの平面のうちの基板２に近い方の面には、円板３が収められる環状の凹部が設けられている。円板３は、光学パターン３ａが設けられていない面が当該凹部の底面に位置した状態で、接着剤によりプラスチックマグネット７に固定されている。上述の通り、光学パターン３ａは円板３の一方の面に設けられているので、円板３の二つの平面のうちの光学パターン３ａが設けられていない面は円板３の他方の面である。つまり、円板３の他方の面がプラスチックマグネット７に接着されている。例えば、円板３の他方の面のすべてがプラスチックマグネット７に接着されている。

　回転角検出装置１は、シャフト２０に固定されるボス８を更に有する。ボス８は、例えば黄銅によって形成される。ボス８の形状は、円環である。ボス８は、ボス８の中心軸がシャフト２０の中心軸Ｃ及び延長線Ｅに位置する状態で配置される。ボス８の中心軸の方向の長さは、プラスチックマグネット７の厚さより短い。プラスチックマグネット７の厚さは、中心軸Ｃ及び延長線Ｅの方向におけるプラスチックマグネット７の長さである。

　プラスチックマグネット７の二つの平面の間の位置には、環状の切り欠きが設けられている。環状の切り欠きの中心軸は、プラスチックマグネット７の中心軸である。ボス８は、プラスチックマグネット７の切り欠きに収まる大きさの環状の第１円板部８ａを有する。第１円板部８ａの外径はシャフト２０の外径より大きく、第１円板部８ａの内径はシャフト２０の外径より小さい。第１円板部８ａの外側面には、ローレット８ｂが設けられている。実施の形態１では、第１円板部８ａの内側の厚さは、第１円板部８ａの外側の厚さより薄い。

　ボス８は、環状の第２円板部８ｃを更に有する。第２円板部８ｃは、プラスチックマグネット７の中心軸とシャフト２０の中心軸Ｃとが一致した状態でシャフト２０がプラスチックマグネット７の開口に位置する場合にプラスチックマグネット７とシャフト２０との間を埋めることができる大きさのものである。第２円板部８ｃの外径は、第１円板部８ａの外径より小さい。第１円板部８ａの中心軸と第２円板部８ｃの中心軸とは同じ線に位置し、第１円板部８ａは第２円板部８ｃと一体である。ボス８が黄銅から形成される場合、一塊の黄銅から第１円板部８ａと第２円板部８ｃとの段差が生じている部分が削られることにより、ボス８が形成される。

　回転角検出装置１は、ボス８をシャフト２０に着脱可能に固定するためのねじ９を更に有する。シャフト２０のボス８が固定される箇所の中心部には、ねじ９がはめ込まれる開口が設けられている。当該開口は、シャフト２０の中心軸Ｃの方向にシャフト２０の一端から延びている。当該開口には、雌ねじが形成されている。ねじ９は、シャフト２０の雌ねじとねじ９の雄ねじとによってシャフト２０に着脱可能に取り付けられる。

　図１に示す通り、ボス８の第２円板部８ｃがプラスチックマグネット７の二つの面のうちの円板３が接着されていない面に接する状態で、ボス８の第１円板部８ａがプラスチックマグネット７の切り欠きに収められる。第１円板部８ａが当該切り欠きに収められることにより、プラスチックマグネット７はボス８に固定される。第１円板部８ａの外側面にはローレット８ｂが設けられているので、プラスチックマグネット７の円周方向においてプラスチックマグネット７がボス８のローレット８ｂに引っかかり、プラスチックマグネット７はボス８に固定される。つまり、プラスチックマグネット７は、ボス８に機械的に固定されている。実施の形態１では、プラスチックマグネット７は、ボス８に一体成形により固定されている。

　上述の通り、プラスチックマグネット７は、ボス８に機械的に固定されている。更に言うと、プラスチックマグネット７は、ボス８に、接着剤によることなく機械的に固定されている。プラスチックマグネット７は、ボス８に一体成形により固定されていなくてもよい。例えば、プラスチックマグネット７は、ねじ、圧入又はスナップフィットが用いられてボス８に固定されてもよい。

　なお、上述の通り、プラスチックマグネット７には切り欠きが設けられているが、切り欠きの形状は環状であると限定されない。つまり、シャフト２０の中心軸Ｃと平行な方向におけるプラスチックマグネット７とボス８との固定は環状の切り欠きによると限定されない。プラスチックマグネット７の一部がボス８の一部に引っかかることによって、プラスチックマグネット７がボス８に機械的に固定されてもよい。シャフト２０の中心軸Ｃと直交する方向におけるプラスチックマグネット７とボス８との固定も、プラスチックマグネット７がボス８に機械的に固定されれば、どのような固定であってもよい。例えば、ボス８の外周の一部が切り欠かれていてボス８が外周に半月状又は歯車状の部分を有するものであってもよく、シャフト２０の中心軸Ｃと直交する方向において、半月状又は歯車状の部分が利用されてプラスチックマグネット７がボス８に機械的に固定されてもよい。

　図１に示す通りねじ９が用いられる場合、ボス８の内径側の部位がシャフト２０に接した状態で、ねじ９がシャフト２０の開口に収められ、ねじ９がシャフト２０の雌ねじとねじ９の雄ねじとによってシャフト２０に取り付けられる。ねじ９の頭部９ａの直径は、例えばシャフト２０の直径と同じである。ねじ９がシャフト２０に取り付けられる際、ねじ９の頭部９ａが第１円板部８ａをシャフト２０に押し付ける。つまり、第１円板部８ａは、シャフト２０の中心軸Ｃの方向においてねじ９の頭部９ａとシャフト２０とによって挟まれる。第２円板部８ｃは、シャフト２０の中心軸Ｃと直交する方向においてプラスチックマグネット７とシャフト２０とによって挟まれる。ねじ９はシャフト２０に対して着脱可能であるので、ボス８はシャフト２０に着脱可能な状態で固定される。

　ボス８がシャフト２０に固定された状態でシャフト２０が回転すると、ボス８はシャフト２０の回転と同期して回転する。更に言うと、ボス８がシャフト２０に固定された状態でシャフト２０が回転すると、プラスチックマグネット７がシャフト２０の回転に伴って回転し、ひいては円板３もシャフト２０の回転に伴って回転する。

　回転角検出装置１は、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を検出し、検出した磁界の変化に対応してパルス状の電力を発生する発電素子１０を更に有する。具体的には、発電素子１０は、コイルと磁性体で構成されているワイヤとを有し、プラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ_Ｍの変化に対応してパルス状の電力を発生する。ワイヤ及びコイルは、図示されていない。実施の形態１では、発電素子１０は、シャフト２０の延長線Ｅに配置される。発電素子１０は、磁界を検出する第１磁界検出部の一例である。発電素子１０はシャフト２０の延長線Ｅに配置されることが好ましいが、配置場所を確保することができないことにより発電素子１０を延長線Ｅに配置できない場合、発電素子１０は延長線Ｅに配置されなくてもよい。例えば、回転角検出装置１が複数個の発電素子１０を有する場合、複数個の発電素子１０の一部又は全部はシャフト２０の延長線Ｅに配置されなくてもよい。

　回転角検出装置１は、発電素子１０が検出した磁界Ｈ_Ｍをもとにシャフト２０の回転数とシャフト２０の回転の向きとを検出する回転数検出部１１を更に有する。回転数検出部１１は、検出したシャフト２０の回転数を示す情報とシャフト２０の回転の向きを示す情報とを記憶する記憶部を有している。記憶部は、図示されていない。発電素子１０及び回転数検出部１１は、基板２の二つの平面のうちの円板３から遠い方の面に設けられている。図１では、発電素子１０及び回転数検出部１１はブロックで表現されている。プラスチックマグネット７、発電素子１０及び回転数検出部１１は、磁気式の機構を構成する。磁気式の機構がシャフト２０の回転数及びシャフト２０の回転の向きを検出する方法については、後に説明する。

　次に、光学式の機構がシャフト２０の１回転内の絶対角度である回転角を検出する方法について説明する。シャフト２０が回転する際、発光素子４が円板３の光学パターン３ａに光Ｌｉを照射し、受光素子５が円板３で反射した光Ｌｒを受ける。円板３が光学パターン３ａを有するので、受光素子５が受ける光Ｌｒの分布はシャフト２０の回転角毎に一意に決まる。回転角検出部６は、シャフト２０が回転した場合において光学パターン３ａをもとにあらかじめ用意された光の分布のパターンと、受光素子５が受けた光Ｌｒの分布とをもとにシャフト２０の回転角を検出する。

　次に、磁気式の機構がシャフト２０の回転数及びシャフト２０の回転の向きを検出する方法について説明する。上述の通り、プラスチックマグネット７は、シャフト２０が一回転すると磁極が一回転するように着磁されたものである。発電素子１０は、シャフト２０が回転した場合におけるプラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ_Ｍの変化を検出し、検出した磁界Ｈ_Ｍの変化に対応してパルス状の電力を発生する。回転数検出部１１は、発電素子１０が検出した磁界Ｈ_Ｍの変化をもとにシャフト２０の回転数とシャフト２０の回転の向きとを検出する。

　具体的には、プラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ_Ｍは、基板２と平行な方向の第１磁界Ｈ_ＭＸと、基板２と直交する方向の第２磁界Ｈ_ＭＺとに分解することができる。発電素子１０は第１磁界Ｈ_ＭＸを検出し、回転数検出部１１は、発電素子１０が検出した第１磁界Ｈ_ＭＸの変化をもとにシャフト２０の回転数とシャフト２０の回転の向きとを検出する。より具体的には、回転数検出部１１は、発電素子１０が発生したパルス状の電力をもとにシャフト２０の回転数とシャフト２０の回転の向きとを検出する。

　上述の通り、回転数検出部１１は、検出したシャフト２０の回転数を示す情報とシャフト２０の回転の向きを示す情報とを記憶する記憶部を有している。回転数検出部１１は、発電素子１０によって得られた電力をもとに、上記の情報を記憶部に記憶させる。

　上述のように、実施の形態１にかかる回転角検出装置１では、円板３はプラスチックマグネット７に固定されており、プラスチックマグネット７はボス８に固定されており、ボス８はシャフト２０に着脱可能に固定される。ボス８がねじ９によりシャフト２０に取り付けられている状態で円板３又はプラスチックマグネット７が損傷した場合、ねじ９をシャフト２０から取り外してボス８をシャフト２０から取り外すことにより、シャフト２０を再使用することができる。すなわち、回転角検出装置１は、円板３又はプラスチックマグネット７が損傷した場合、円板３又はプラスチックマグネット７を廃棄する必要はあるが、シャフト２０を廃棄する必要がないという効果を奏する。ひいては、回転角検出装置１は、円板３又はプラスチックマグネット７が損傷した場合、電動機を廃棄する必要がないという効果を奏する。

　加えて、回転角検出装置１では、プラスチックマグネット７は、ボス８に機械的に固定されている。具体的には、プラスチックマグネット７は、ボス８に一体成形により固定されている。回転角検出装置１を製造する際、プラスチックマグネット７とボス８とを接着させる工程が不要となるので、回転角検出装置１を従来の回転角検出装置より低コストで製造することができるという効果が得られる。

　さらに、回転角検出装置１では、プラスチックマグネット７の外径は円板３の外径より大きく、プラスチックマグネット７の内径は円板３の内径より小さい。回転角検出装置１では、たとえ円板３がプラスチックマグネット７の一方の面のあらかじめ決められた部位からずれた位置に配置された場合であっても、円板３がプラスチックマグネット７の一方の面に位置する状態を保つ可能性を高めることができる。実施の形態１では、あらかじめ決められた部位はプラスチックマグネット７に設けられている凹部である。

　さらにまた、プラスチックマグネット７の外径は円板３の外径より大きいので、プラスチックマグネット７の外径が円板３の外径と同じ場合よりも、プラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ_Ｍ、つまり第１磁界Ｈ_ＭＸを大きくすることができる。すなわち、回転角検出装置１では、プラスチックマグネット７の外径が円板３の外径と同じ場合よりも、発電素子１０は第１磁界Ｈ_ＭＸの変化を検出しやすくなるという効果も得られる。また、回転角検出装置１では、プラスチックマグネット７の外径が円板３の外径と同じ場合よりも、発電素子１０が第１磁界Ｈ_ＭＸの変化を検出しやすくなるので、プラスチックマグネット７の外径が円板３の外径と同じ場合よりも、プラスチックマグネット７を薄くすることができるという効果も得られる。

　回転角検出装置１では、円板３は、接着剤によりプラスチックマグネット７に固定されている。シャフト２０の回転に伴ってプラスチックマグネット７が回転し、円板３に対して力が加えられても、円板３がプラスチックマグネット７から外れることを抑制することができるという効果が得られる。

　回転角検出装置１では、発電素子１０が電力を発生するので、回転数検出部１１は、発電素子１０によって得られた電力を用いて、シャフト２０の回転数を示す情報とシャフト２０の回転の向きを示す情報とを記憶部に記憶させることができる。すなわち、回転角検出装置１は、回転角検出装置１の外部からの電力を必要とすることなく、情報を記憶部に記憶させることができる。

　なお、上述した実施の形態１では、ねじ９の頭部９ａとシャフト２０とがシャフト２０の中心軸Ｃと平行な方向においてボス８を挟むことにより、ボス８はシャフト２０に固定される。しかしながら、ボス８は、焼きはめによってシャフト２０に固定されてもよい。又は、ボス８は、シャフト２０の中心軸Ｃと直交する方向においてシャフト２０に固定されてもよい。要するに、ボス８は、シャフト２０に着脱可能に固定されるものであればよい。

　回転角検出装置１の光学式の機構は、円板３で反射した光Ｌｒをコリメートするレンズと、光Ｌｒを集めるレンズと、光Ｌｒを発散させるレンズとのうちの一部又は全部を有していてもよい。

　上述の通り、発電素子１０は磁界を検出する第１磁界検出部の一例である。第１磁界検出部は、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を検出する機能を有していれば、発電素子１０に限定されない。第１磁界検出部が発電素子１０でない場合、第１磁界検出部の少なくとも一部は、処理回路であってもよい。第１磁界検出部の機能の少なくとも一部は、プロセッサによって実現されてもよい。第１磁界検出部の機能の少なくとも一部がプロセッサによって実現される場合、回転角検出装置１は、第１磁界検出部の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。

実施の形態２．
　図２は、実施の形態２にかかる回転角検出装置１Ａの断面を模式的に示す図である。実施の形態２では、実施の形態１と相違する部分について主に説明する。図２においても、回転角検出装置１Ａを構成する複数の構成要素の一部の他の構成要素に対しての相対的な大きさは現実の大きさと異なっており、複数の構成要素の一部にはハッチングが付されていない。複数の構成要素の一部は、ブロックにより表現されている。

　回転角検出装置１Ａは、実施の形態１にかかる回転角検出装置１が有する複数の構成要素のすべてを有している。回転角検出装置１Ａは、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を検出する第２磁界検出部１２を更に有する。第２磁界検出部１２は、例えば複数の磁気抵抗素子を有しており、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を複数の磁気抵抗素子によって検出する。第２磁界検出部１２は、プラスチックマグネット７の二つの平面のうちの円板３が固定されている面に対向する場所に位置する。更に言うと、実施の形態２では、第２磁界検出部１２は、基板２の二つの平面のうちの円板３に近い方の面のシャフト２０の延長線Ｅに配置される。図２では、第２磁界検出部１２はブロックで表現されている。

　回転角検出部６は、実施の形態１において説明した通り、シャフト２０が回転した場合において光学パターン３ａをもとにあらかじめ決定された光の分布のパターンと、受光素子５が受けた光Ｌｒの分布とをもとにシャフト２０の回転角を検出する。加えて、回転角検出部６は、第２磁界検出部１２が検出した磁界をもとにシャフト２０の回転角を検出する。さらに、回転角検出部６は、検出した二つの回転角を比較する。

　実施の形態１において説明した通り、プラスチックマグネット７は、シャフト２０が一回転すると磁極が一回転するように着磁されたものである。第２磁界検出部１２は、シャフト２０が回転した場合におけるプラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ’_Ｍを検出する。プラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ’_Ｍは、基板２と平行な方向の第３磁界Ｈ’_ＭＸと、基板２と直交する方向の第４磁界Ｈ’_ＭＺとに分解することができる。シャフト２０の回転角は、プラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ’_Ｍにより一意に決まる。更に言うと、シャフト２０の回転角は、第３磁界Ｈ’_ＭＸにより一意に決まる。回転角検出部６は、第２磁界検出部１２によって検出された第３磁界Ｈ’_ＭＸをもとに、シャフト２０の回転角を検出する。

　上述の通り、実施の形態２にかかる回転角検出装置１Ａは、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を検出する第２磁界検出部１２を有する。加えて、回転角検出装置１Ａが有する回転角検出部６は、第２磁界検出部１２が検出した磁界をもとにシャフト２０の回転角を検出する。つまり、回転角検出装置１Ａは、プラスチックマグネット７の周囲の磁界Ｈ’_Ｍをもとにシャフト２０の回転角を検出することができる。

　加えて、回転角検出部６は、シャフト２０が回転した場合において光学パターン３ａをもとにあらかじめ決定された光の分布のパターンと、受光素子５が受けた光Ｌｒの分布とをもとにシャフト２０の回転角を検出する。つまり、回転角検出部６は、光についての情報をもとにシャフト２０の回転角を検出すると共に、磁気についての情報をもとにシャフト２０の回転角を検出する。

　回転角検出部６は、光についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角と磁気についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角とを比較する。回転角検出部６は、光についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角と磁気についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角とが異なると判断した場合、判断結果を報知してもよい。光についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角と磁気についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角とが異なる場合、回転角検出装置１Ａが有する複数の構成要素のうちのシャフト２０の回転角を検出するための構成要素のいずれかが異常である可能性がある。

　回転角検出部６が光についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角と磁気についての情報をもとに検出したシャフト２０の回転角とが異なることを示す判断結果を報知することにより、回転角検出装置１Ａは、異常が発生したことを回転角検出装置１Ａの使用者に認識させることができる。回転角検出装置１Ａが有する構成要素の異常は、電動機の異常な動作を引き起こすことがあるので、回転角検出装置１Ａが、異常が発生したことを使用者に認識させることは、使用者が電動機及び回転角検出装置１Ａの一方又は双方の動作を停止させる契機となり、ひいては使用者の安全を確保することができる。

　なお、上述の通り、第２磁界検出部１２は、例えば複数の磁気抵抗素子を有しており、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を複数の磁気抵抗素子によって検出する。第２磁界検出部１２は、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を検出する機能を有していれば、複数の磁気抵抗素子を有していなくてもよい。第２磁界検出部１２は、シャフト２０の回転に伴って変化する磁界を検出する機能を有していれば、第２磁界検出部１２の一部又は全部は、処理回路であってもよい。

　第２磁界検出部１２の機能の少なくとも一部は、プロセッサによって実現されてもよい。第２磁界検出部１２の機能の少なくとも一部がプロセッサによって実現される場合、回転角検出装置１Ａは、第２磁界検出部１２の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。

　実施の形態２にかかる回転角検出装置１Ａが有する回転角検出部６は、光についての情報をもとに検出される回転角が正しいと判断してもよいし、磁気についての情報をもとに検出される回転角が正しいと判断してもよい。

　実施の形態２にかかる回転角検出装置１Ａが有する回転角検出部６の一部は、プロセッサによって実現されてもよい。回転角検出装置１Ａが有する回転角検出部６の一部がプロセッサによって実現される場合、回転角検出装置１Ａは、回転角検出装置１Ａが有する回転角検出部６の一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。

実施の形態３．
　図３は、実施の形態３にかかる回転角検出装置１Ｂの断面を模式的に示す図である。実施の形態３では、実施の形態２と相違する部分について主に説明する。図３においても、回転角検出装置１Ｂを構成する複数の構成要素の一部の他の構成要素に対しての相対的な大きさは現実の大きさと異なっており、複数の構成要素の一部にはハッチングが付されていない。複数の構成要素の一部は、ブロックにより表現されている。

　実施の形態３におけるプラスチックマグネット７の内周側及び外周側の各々の厚さは、実施の形態２におけるプラスチックマグネット７の内周側及び外周側の各々の厚さより厚い。内周側は、プラスチックマグネット７に円板３が固定された場合の光学パターン３ａより内側である。つまり、内周側は、プラスチックマグネット７に設けられている凹部よりシャフト２０の延長線Ｅの側である。外周側は、プラスチックマグネット７に円板３が固定された場合の光学パターン３ａより外側である。加えて、実施の形態３における円板３の内周側には複数の貫通部３ｂが設けられており、複数の貫通部３ｂの各々は、プラスチックマグネット７の一部によって埋められている。

　つまり、実施の形態３では、内周側の軸方向及び円周方向において、円板３はプラスチックマグネット７に囲まれている。すなわち、円板３は、プラスチックマグネット７に機械的に固定されている。更に言うと、円板３は、プラスチックマグネット７に一体成形により固定されている。すなわち、実施の形態３にかかる回転角検出装置１Ｂが有する円板３は、実施の形態２にかかる回転角検出装置１Ａが有する円板３より強くプラスチックマグネット７に固定されている。したがって、回転角検出装置１Ｂは、シャフト２０が回転した場合における円板３がプラスチックマグネット７から取り外される可能性を低減することができる。加えて、実施の形態３にかかる回転角検出装置１Ｂでは、実施の形態１にかかる回転角検出装置１を製造する際の円板３とプラスチックマグネット７とを接着させる工程を削除することができるという効果も得られる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

　１　回転角検出装置、２　基板、３　円板、３ａ　光学パターン、４　発光素子、５　受光素子、６　回転角検出部、７　プラスチックマグネット、８　ボス、８ａ　第１円板部、８ｂ　ローレット、８ｃ　第２円板部、９　ねじ、９ａ　頭部、１０　発電素子、１１　回転数検出部、１２　第２磁界検出部、２０　シャフト。

Claims

　一方の面に円周方向に設けられた複数の非反射部及び反射部を含む光学パターンを有する円板と、
　前記円板が有する前記光学パターンに光を照射する発光素子と、
　前記円板で反射した光を受ける受光素子と、
　前記受光素子が受けた前記光と前記円板が有する前記光学パターンとをもとにシャフトの回転角を検出する回転角検出部と、
　前記シャフトの回転に伴って回転する磁石と、
　前記シャフトに固定されるボスと、
　前記シャフトの回転に伴って変化する磁界を検出する第１磁界検出部と、
　前記第１磁界検出部が検出した前記磁界をもとに前記シャフトの回転数と前記シャフトの回転の向きとを検出する回転数検出部とを備え、
　前記ボスは前記シャフトに着脱可能に固定され、前記磁石は前記ボスに固定され、前記円板は前記磁石に固定されている
　ことを特徴とする回転角検出装置。
　前記磁石は、前記ボスに機械的に固定されている
　ことを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
　前記磁石は、プラスチックマグネットであって前記ボスに一体成形により固定されている
　ことを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
　前記磁石及び前記円板の各々の形状は、厚みを有する円環であり、
　前記磁石及び前記円板の各々の中心軸は、前記シャフトの延長線に位置し、
　前記磁石の外径は前記円板の外径より大きく、前記磁石の内径は前記円板の内径より小さい
　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
　前記円板の他方の面が、前記磁石に接着されている
　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
　前記円板は、前記磁石に機械的に固定されている
　ことを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
　前記磁石は、プラスチックマグネットであって、
　前記円板は、前記プラスチックマグネットに一体成形により固定されている
　ことを特徴とする請求項６に記載の回転角検出装置。
　前記第１磁界検出部は、検出する磁界の変化に対応してパルス状の電力を発生する発電素子である
　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
　前記シャフトの回転に伴って変化する磁界を検出する第２磁界検出部を更に備え、
　前記磁石は、厚みを有する円環形状のプラスチックマグネットであり、
　前記第２磁界検出部は、前記プラスチックマグネットの二つの平面のうちの前記円板が固定されている面に対向する場所に位置し、
　前記回転角検出部は、前記受光素子が受けた前記光をもとに前記シャフトの回転角を検出すると共に、前記第２磁界検出部が検出した前記磁界をもとに前記シャフトの回転角を検出し、検出した二つの前記回転角を比較する
　ことを特徴とする請求項８に記載の回転角検出装置。
　一方の面に円周方向に設けられた複数の非反射部及び反射部を含む光学パターンを有する円板と、
　前記円板が有する前記光学パターンに光を照射する発光素子と、
　前記円板で反射した光を受ける受光素子と、
　前記受光素子が受けた前記光と前記円板が有する前記光学パターンとをもとにシャフトの回転角を検出する回転角検出部と、
　前記シャフトの回転に伴って回転する磁石と、
　前記シャフトに固定されるボスと、
　前記シャフトの回転に伴って変化する磁界を検出する第１磁界検出部と、
　前記第１磁界検出部が検出した前記磁界をもとに前記シャフトの回転数と前記シャフトの回転の向きとを検出する回転数検出部とを備え、
　前記磁石及び前記円板の各々の形状は、厚みを有する円環であり、
　前記磁石及び前記円板の各々の中心軸は、前記シャフトの延長線に位置し、
　前記磁石の外径は前記円板の外径より大きく、前記磁石の内径は前記円板の内径より小さい
　ことを特徴とする回転角検出装置。